Parametrización de estructuras metamateriales mediante la aplicación de un algoritmo bioinspirado para filtros en comunicaciones a nivel de simulación

Este trabajo busca aprovechar el potencial de nuevas tecnologías como los metamateriales, los cuales son una propuesta innovadora de cara a los diferentes retos que se presentan en las áreas de la ingeniería moderna como: óptica, imágenes diagnósticas, ciencia de materiales, ingeniería eléctrica, si...

Full description

Autores:
Olivera Dimate, Katherin Gyssell
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Santo Tomás
Repositorio:
Repositorio Institucional USTA
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.usta.edu.co:11634/59048
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/11634/59048
Palabra clave:
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Frequency Selective Surfaces
FSS
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WR340
bio-inspired algorithm
wireless communications
Ingeniería Electrónica
Tecnologías de la información
Proyección social
Metamateriales
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description Este trabajo busca aprovechar el potencial de nuevas tecnologías como los metamateriales, los cuales son una propuesta innovadora de cara a los diferentes retos que se presentan en las áreas de la ingeniería moderna como: óptica, imágenes diagnósticas, ciencia de materiales, ingeniería eléctrica, sistemas embebidos, invisibilidad, comunicaciones inalámbricas, entre otros. Los metamateriales son una tecnología que aún sigue en fase de estudio y experimentación, pero se ha descubierto que es muy prometedora, dada su versatilidad y numerosas posibilidades de aplicación en el contexto de las ondas electromagnéticas. Dado que el campo de estudio de los metamateriales aún enfrenta desafíos significativos en cuanto al diseño y fabricación de sus estructuras, se plantea la parametrización de celdas metamateriales tipo FSS (Frequency Selective Surfaces) mediante un algoritmo bioinspirado, en escenarios de filtrado pasabandas para guías de onda. Se optó por este método, ya que no requiere un modelo matemático de la situación, lo cual los hace adecuados para resolver problemas con una alta complejidad matemática, en este caso la teoría electromagnética propia de los metamateriales. Inicialmente se realizó una revisión bibliográfica para obtener modelos previos de estructuras FSS, específicamente de tipo anillo complementario (CSRR) y omega (Ω) con características de filtrado entre 1.7 GHz y 3.3 GHz. Posteriormente, se sintonizaron las geometrías seleccionadas a una frecuencia central de 2.4 GHz, obteniendo así los parámetros iniciales de cada una de estas estructuras, incluyendo radio, ancho y distancia, entre otros. Con el objetivo de simplificar el proceso de diseño del filtro y adaptarlo a requerimientos específicos de funcionamiento, como el ancho de banda, se empleó un algoritmo bioinspirado. Este algoritmo ajusta dinámicamente los parámetros geométricos de las estructuras metamateriales utilizando métricas de desempeño que evalúan si la respuesta obtenida en cada caso se aproxima a la solicitada. Finalmente, los resultados son validados en escenarios de prueba simulados relacionados con procesos de filtrado pasabanda en la guía de onda WR340. Este proceso de validación permite asegurar la eficacia y precisión de los filtros diseñados, demostrando así la viabilidad y utilidad de la propuesta desarrollada.
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spelling Mateus Rojas, ArmandoDiaz Pardo, Ivan EduardoHiguera Castro, Gustavo AdolfoOlivera Dimate, Katherin Gyssellhttps://orcid.org/0000-0002-2399-4859https://orcid.org/0000-0002-0347-6157https://orcid.org/0000-0001-5945-4312https://scholar.google.com/citations?hl=es&user=s301RbcAAAAJhttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000680630https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000688860https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000742198Universidad Santo Tomás2025-01-17T15:53:34Z2025-01-17T15:53:34Z2024Olivera Dimate, K. G.(2024). Parametrización de estructuras metamateriales mediante la aplicación de un algoritmo bioinspirado para filtros en comunicaciones a nivel de simulación. [Trabajo de Grado, Universidad Santo Tomas]. Repositorio Institucional.http://hdl.handle.net/11634/59048reponame:Repositorio Institucional Universidad Santo Tomásinstname:Universidad Santo Tomásrepourl:https://repository.usta.edu.coEste trabajo busca aprovechar el potencial de nuevas tecnologías como los metamateriales, los cuales son una propuesta innovadora de cara a los diferentes retos que se presentan en las áreas de la ingeniería moderna como: óptica, imágenes diagnósticas, ciencia de materiales, ingeniería eléctrica, sistemas embebidos, invisibilidad, comunicaciones inalámbricas, entre otros. Los metamateriales son una tecnología que aún sigue en fase de estudio y experimentación, pero se ha descubierto que es muy prometedora, dada su versatilidad y numerosas posibilidades de aplicación en el contexto de las ondas electromagnéticas. Dado que el campo de estudio de los metamateriales aún enfrenta desafíos significativos en cuanto al diseño y fabricación de sus estructuras, se plantea la parametrización de celdas metamateriales tipo FSS (Frequency Selective Surfaces) mediante un algoritmo bioinspirado, en escenarios de filtrado pasabandas para guías de onda. Se optó por este método, ya que no requiere un modelo matemático de la situación, lo cual los hace adecuados para resolver problemas con una alta complejidad matemática, en este caso la teoría electromagnética propia de los metamateriales. Inicialmente se realizó una revisión bibliográfica para obtener modelos previos de estructuras FSS, específicamente de tipo anillo complementario (CSRR) y omega (Ω) con características de filtrado entre 1.7 GHz y 3.3 GHz. Posteriormente, se sintonizaron las geometrías seleccionadas a una frecuencia central de 2.4 GHz, obteniendo así los parámetros iniciales de cada una de estas estructuras, incluyendo radio, ancho y distancia, entre otros. Con el objetivo de simplificar el proceso de diseño del filtro y adaptarlo a requerimientos específicos de funcionamiento, como el ancho de banda, se empleó un algoritmo bioinspirado. Este algoritmo ajusta dinámicamente los parámetros geométricos de las estructuras metamateriales utilizando métricas de desempeño que evalúan si la respuesta obtenida en cada caso se aproxima a la solicitada. Finalmente, los resultados son validados en escenarios de prueba simulados relacionados con procesos de filtrado pasabanda en la guía de onda WR340. Este proceso de validación permite asegurar la eficacia y precisión de los filtros diseñados, demostrando así la viabilidad y utilidad de la propuesta desarrollada.This work takes advantage of the potential on emerging technologies such as metamaterials, which are an innovative proposal facing the different challenges presented in areas of modern engineering such as: optics, diagnosis images, material’s science, electric engineering, embedded systems, invisibility, wireless communications, among others. Metamaterials are still on study and experimentation phase, but it has been discovered to be very promising due to its versatility and numerous possibilities of application in the context of electromagnetic waves. Given that the field of study of metamaterials still faces significant challenges regarding the design and fabrication of their structures, the parameterization of Frequency Selective Surfaces (FSS) metamaterial cells is proposed using a bio-inspired algorithm, in passband filtering scenarios for waveguides. This method was selected, due to the lack of requirement of mathematical model for the situation, being appropiated for solving problems with high mathematical complexity, for this case the electromagnetic theory typical of metamaterials. Initially, a literature review was performed to obtain previous models of FSS structures, specifically complementary split-ring resonators (CSRR) and omega (Ω) types with filtering characteristics between 1.7 GHz and 3.3 GHz. Subsequently, the selected geometries were tuned to a central frequency of 2.4 GHz, obtaining the initial parameters of each of these structures, including radius, width and distance, among others. To simplify the filter design process to be adaptable to different operational settings, such as bandwidth, a bio-inspired algorithm was used. This algorithm dynamically adjusts the geometric parameters of the metamaterial structures using performance metrics that evaluate if the obtained response for each case approximates the requested one. Finally, results are validated in simulated test scenarios related to passband filtering processes in the WR340 waveguide. This validation process ensures the effectiveness and accuracy of the designed filters, demonstrating the viability and usefulness of the developed proposal.Ingeniero ElectronicoPregradoapplication/pdfspaUniversidad Santo TomásPregrado Ingeniería ElectrónicaFacultad de Ingeniería ElectrónicaAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Parametrización de estructuras metamateriales mediante la aplicación de un algoritmo bioinspirado para filtros en comunicaciones a nivel de simulaciónMetamaterialsFrequency Selective SurfacesFSSelectromagnetic wavespassband filterswaveguidesWR340bio-inspired algorithmwireless communicationsIngeniería ElectrónicaTecnologías de la informaciónProyección socialMetamaterialesFrequency Selective SurfacesFSSondas electromagnéticasfiltros pasabandasguías de ondaWR340algoritmo bioinspiradocomunicaciones inalámbricasTrabajo de gradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisCRAI-USTA BogotáJ. 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